[发明专利]一种箱体结构的简化及装夹变形仿真分析方法

摘要

本发明公开了一种箱体结构的简化及装夹变形仿真分析方法，该方法在发动机上曲轴箱体结合面的铣削加工中，合理的夹紧布局方案和夹紧力对于加工变形的控制具有重要的意义。首先对装夹的约束条件进行了探讨，其次分析了箱体加工过程的装夹工艺以及装夹载荷的计算，然后建立了发动机箱体铣削加工的有限元模型，获得箱体的装夹变形云图，最后分析了工件在不同夹紧力和布局下的加工变形，为零件加工精度的提高提供依据。

主权项

一种箱体结构的简化及装夹变形仿真分析方法，其特征在于，所述的箱体结构的简化及装夹变形仿真分析方法包括：步骤一、节点四面体二次单元，采用10节点四面体二次单元对发动机箱体进行有限元网格划分，10节点四面体二次单元即为在原4节点四面体单元的每一条棱边上再增加一个位于中点位置的内部节点，采用体积坐标应用Lagrange插值公式计算形状函数矩阵；步骤二、有限元模型的建立及结果，包括几何模型及网格划分、材料属性及接触对定义、约束定义及载荷施加；步骤三、不同夹紧位置下装夹变形分析，包括不同夹紧位置下装夹变形分析、不同夹紧力下装夹变形分析；体积坐标的定义方式如下：对于给定的四面体，体内任何一点G的体积坐标：等价于Li＝hi/Hi其中，Hi为顶点i到对面的距离；hi为G点到i点对应面的距离；体积Gjmp为四面体Gjmp的体积值；Δ为给定四面体的体积；10节点四面体单元共有30个节点位移自由度，节点位移列阵为：{q}e(30×1)=u1v1w1...u10v10w10T]]>由于单元有4个角节点，在每个棱边上的中点有一个中间节点，共6个，总共10个节点，由函数构造的Pascal三角形，取单元位移场模式为：u(x，y，z)＝a1+a2x+a3y+a4z+a5xy+a6yz+a7xz+a8x2+a9y2+a10z2以自然坐标表示，那么单位位移场模式为：u(x，y，z)＝a′1L1+a′2L2+a′3L3+a′4L4+a′5L1L2+a′6L2L3+a′7L3L4+a′8L1L3+a′9L1L4+a′10L2L4＝N1u1+N2u2+N3u3+…+N10u10对于角节点，相应的形状函数为：Ni＝(2Li‑1)Lii＝1，2，3，4，对于棱边上的中间节点，相应的形状函数为：N5＝4L1L2， N6＝4L1L2， N7＝4L1L3N8＝4L1L4， N9＝4L2L4， N10＝4L3L4得到形状函数后，按照有限元分析的标准过程即推得相应的几何矩阵、刚度矩阵、节点等效载荷矩阵以及刚度方程。